автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Вибровакуумированный ячеистый бетон

Р Г 5 О Л ; 2 ;.!др 1яяя

На правах рукописи

СУЛЕЙМАНОВА ЛЮДМИЛА АЛЕКСАНДРОВНА

Вибровакуумированный ячеистый бетон

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-1997

Работа выполнена в Белгородской Государственной Технологической Академии Строительных Материалов (БелГТАСМ)

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

Гладков Д.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Чистов Ю.Д.

кандидат технических наук, доцент Астахов H.H.

Ведущая организация - АО НИПТИ "Стройиндустрия"

Защита диссертации состоится " ^"¿Р^/Я.яЗРл 1997г. в часов е аудитории № на заседании диссертационного совета К053.11.02. е Московском государственном строительном университете по адресу: 101000 г.Москва, Шлюзовая набережная, 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан " ^ " 997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Б.А.Ефимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Основным направлением технического прогресса в современном строительстве является снижение массы зданий и сооружений, повышение индустриальности и степени заводской готовности строительных изделий и конструкций при одновременном снижении их удельной энергоемкости, улучшение теплозащитных характеристик за счет применения стеновых материалов низкой теплопроводности.

В настоящее время термическое сопротивление ограждающих конструкций повышено до 1,7, а с 2000г. - до 3 м2 ' К/Вт. Это значит, что при применении традиционных стеновых материалов толщина стен зданий должна быть увеличена примерно вдвое, что нецелесообразно с технико-экономической точки зрения. Наиболее удовлетворяющими совремешшм теплотехническим требованиям являются ячеистые бетоны, которые по своим технико-экономическим показателям (средней плотности, теплопроводности, энергоемкости, капитальным и приведенным затратам) превосходят такие стеновые материалы, как легкий бетон на пористых заполнителях, кирпич керамический и силикатный, керамические блоки.

Однако, несмотря на это, ячеистый бетон в общем балансе применяемых в России стеновых материалов занимает весьма скромное место. Причиной такого положения являются многие недостатки существующей технологии ячеистобетонных изделий, которые сдерживают развитие производства этой прогрессивной продукции: необходимость тонкого измельчения сырьевых компонентов, потребность в специальном достаточно сложном, металлоемком и дорогостоящем технологическом оборудовании, сравнительно сложные и несовершенные технологии, необходимость в автоклавной обработке продукции и т.д. Кроме того, для изготовления ячеистобетонных изделий применяются формовочные смеси с большим водосодержанием, что ухудшает свойства материала.

В связи с этим актуальным является создание и организация производства новых, прогрессивных стеновых материалов, новых способов формирования пористой структуры неавтоклавных ячеистых бетонов, которые исключали бы многие недостатки существующих технологий.

Работа выполнялась в соответствии с научно-технической программой "Черноземье" на 1993-95г.г., межвузовской научно-технической программой "Строительство" 1993г. и по хоздоговорам с предприятиями Белгородской области.

Цель работы: разработка оптимальных составов и технологии эффективных неавтоклавных ячеистых бетонов с улучшенными физико-механическими показателями и способа повышения их долговешюсти.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- Установление взаимосвязи между давлением газовой фазы в формовочной массе с ее реологическими и гравитационными свойствами,

диаметром пор, давлением внешней среды и поверхностным натяжением раствора;

- Теоретическое обоснование вибровакуумного способа поризадии формовочных смесей;

Экспериментальная проверка получения вибровакуумированного ячеистого бетона в лабораторных условиях, отработка оптимальных составов и режимов формования образцов, изучите их свойств;

- Опробование предлагаемого способа в промышленных условиях, отработка оптимальных технологических параметров производства, выпуск опытной партии изделий из вибровакуумированного ячеистого бетона;

- Экспериментальная проверка вибровакуумной пропитки ячеистого бетона с целью повышения его долговечности;

- Оценка технико-экономической эффективности производства вибровакуумированного ячеистого бетона.

Научная новизна работы:

- Установлена зависимость:

сЬ

Р=€ (рс, Ь, ^ (1, Ра, о, л, То, —)

ах

для теоретического анализа условий вспучивания формовочной смеси при различных внешних воздействиях;

- Получено условие вспучивания формовочной массы:

г> г, т, , 4<т . Л ( ¿ЛЛ

Рп + Рг~Ра= £ + — + 4-(г, +

с использованием которого теоретически обоснован вибровакуумный способ формирования ее структуры;

Разработана методика расчета количества газообразователя, учитывающая давление газа в порах вспучивающейся смеси, ее реологические свойства, среднюю плотность, высоту массива, внешнее воздействие на смесь;

- Получены математические модели, связывающие среднюю плотность и прочность вибровакуумированного ячеистого бетона с основными технологическими параметрами (водотвердое отношение, соотношение между наполнителем и вяжущим, количество добавки и величина вакуума), позволяющие управлять процессом производства ячеистых бетонов и оптимизировать технологический процесс;

- Определено адекватное уравнение регрессии, связывающее глубину пропитки (У) с величиной вакуума (Х|), отношением битума к ксилолу по массе (Х2), длительностью вакуумирования (Х3) и длительностью вибровакуумирования (Х4):

У=16,77-1,47Х2+1,45Х3+0,71X ,2+0,71 Х22-3,5Х32-1,79ХД

позволяющее управлять процессом вибровакуумной пропитки с целые повышения долговечности материала.

Практическое значение и реализация работы:

- Получен неавтоклавный ячеистый бетон с улучшенными структурой и физико-механическими характеристиками с использованием вибровакуумного способа получения формовочных смесей (A.c. № 960140 Бюл.№ 35 от 23.09.82r., № 1357400 Бюл. № 45 от 7.12.87г.);

- Отработана эффективная вибровакуумная пропитка ячеистого бетона с целью улучшения его эксплуатационных качеств;

- Установлены оптимальные составы и режимы формования изделий из неавтоклавного вибровакуумированного ячеистого бетона рс=650...700 кг/м3, Rc»=3,4...4,9 МПа на заводах ЖБИ;

- Определены математические модели управления прочностью и средней плотностью неавтоклавного вибровакуумированного ячеистого бетона;

- Организовано промышленное производство стеновых блоков из неавтоклавного вибровакуумированного ячеистого бетона на заводах ЖБИ-1 АО "Стройдеталь" и ОАО "БЗ ЖБК-1" города Белгорода.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на Всесоюзной конференции "Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении" (г.Белгород, 1989г.); конференции "Проблемы утилизации промышленных отходов в строительстве и промышленности строительных материалов" (г.Красноярск, 1989г.); конференции "Эффективность применения пористых заполнителей и легких бетонов в строительстве" (г.Севастополь, 1989г.); IV научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Молодые ученые-отрасли строительных материалов и строительству" (г.Белгород, 1989г.); конференции "Применение отходов производств - основной резерв строительства" (г.Севастополь, 1990г.); Всесоюзном научно-практическом совещании "Экологические проблемы переработки вторичных ресурсов в строительные материалы и изделия" (г.Чимкент, 1990г.); научно-техническом семинаре "Актуальные вопросы ресурсосбережения" (г.Челябинск, 1990г.); Республиканской научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в технологии строительных материалов" (г.Алма-Ата, 1990г.); Всесоюзной конференции "Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии" (г.Белгород, 1991г.); конференции "Актуальные проблемы снижения материалоемкости в строительстве" (г.Севастополь, 1991г.); I Международной научно-технической конференции "Материалы для строительных конструкций XXI века" (г.Днепропетровск, 1992г.); II Межгосударственной научно-практической конференции "Методы исследования, паспортизация и переработка отходов" (г.Пенза, 1994г.).

На защиту выносятся:

- Вибровакуумный способ формирования пористой структуры материалов, позволяющий вспучивать высоковязкие композиции и получать неавтоклавный ячеистый бетон, не уступающий автоклавному по физико-механическим показателям;

- Оптимальные составы и режимы формования изделий из неавтоклавного вибровакуумированного ячеистого бетона;

- Математические модели управления прочностью и средней плотностью неавтоклавного вибровакуумированного ячеистого бетона;

Методика расчета количества газообразователя, учитывающая реологические и гравитационные свойства формовочных смесей;

- Вибровакуумная пропитка ячеистых бетонов с целью повышения их эксплуатационных характеристик;

- Основанная на предлагаемом способе заводская технология производства стеновых блоков из неавтоклавного вибровакуумированного ячеистого бетона с заданными физико-механическими характеристиками.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы из 112 наименований и приложений. Изложена на 195 страницах основного машинописного текста, содержит 52 рисунка, 36 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Снижение энергопотребления и стоимости строящихся, реконструируемых и эксплуатируемых зданий является ключевой проблемой строительного комплекса. Одним из важнейших путей экономии топливно-энергетических ресурсов является сокращение тепловых потерь через ограждающие конструкции зданий и сооружений. Очень большая доля энергии теряется через ограждающие конструкции и особенно наружные стены (74...84%), из-за этого в год перерасходуется до 20 млн .т. условного топлива.

Новые нормы по теплозащите зданий призваны существенно уменьшить их эксплуатационные энергозатраты. Чтобы механически не увеличивать толщину наружных стен, необходима разработка легких и облегченных ограждающих конструкций, позволяющих им одновременно выполнять несущие и повышенные теплозащитные функции.

Потенциально конкурентноспособными по всем показателям являются наружные ограждения из автоклавного ячеистого бетона. Однослойная стена из ячеистого бетона со средней плотностью 700...800кг/м3 будет иметь толщину 40...42 см, обеспечивая при этом хорошую тепло- и звукоизоляцию.

Однако автоклавное производство ячеистобетонных изделий достаточно энерго- , металло- и фондоемко, содержание и эксплуатация его обходятся дорого.

Улучшению свойств и совершенствованию технологии ячеистых бетонов посвящены работы многих исследователей: Г.Я. Амхашщкого, А.Т.Баранова, К.И.Бахтиярова, П.И.Боженова, А.В.Волженского, Х.С.Воробьева, Е.А.Галиби-ной, Ю.П.Горлова, Г.И.Горчакова, К.Э.Горяйнова, А.М.Домбровского, И.А.Иванова, А.Н.Крашенникова, М.Я.Кривицкого, И.Т.Кудряшова, Г.Я.Кунно-са, С.Н.Левина, Н.И.Левина, В.В.Макаричева, А.П.Меркина, С.А.Миронова, В.А.Пинскера, В.А.Реймана, Л.М.Розенфельда, М.С.Сатина, Г.П.Сахарова,

Е.С.Силаенкова, А.Н.Счастного, И.Б.Удачкина, П.А.Уховой, А.А.Федина, М.И.Хигеровича, И.А.Хинта, Е.М.Чернышова, А.Н.Чернова, Ю.Д.Чистова, К.К.Эскуссона и других.

Наблюдается постоянное стремление ученых предложить новые, более совершенные способы поризации формовочных масс, новые пути совершенствования технологии неавтоклавных ячеистых бетонов и улучшения их физико-механических и эксплуатационных качеств.

Это обосновывает необходимость разработки принципиально новых способов формирования пористой структуры материалов, которые позволили бы улучшить качество ячеистых бетонов, избавиться от многих указанных выше недостатков традиционных технологий. В работе предложен вибровакуумный способ поризации формовочной смеси, который можно использовать в комплексе с другими и самостоятельно, позволяющий исключить многие недостатки существующих технологий и получать неавтоклавный ячеистый бетон с улучшенными характеристиками, в том числе с применением отходов различных производств и использованием мощностей существующих заводов по изготовлению бетонных и железобетонных изделий.

Для теоретического обоснования вибровакуумного способа поризации формовочной смеси проанализирован процесс вспучивания на модели (рис. 1.).

11 I 1 Ра N

1!! ИИ-! 1 ^ ПЛ РЛ ПЛ ('Л \ \

к

Рис. 1. Идеальная структура ячеистого бетона:

1 - сосуд;

2 - поризованная формовочная смесь;

3 - газовые пузырьки диаметром (1.

Чтобы вспучивание происходило, т.е чтобы масса увеличивалась в объеме, необходимо увеличение объема газовых пузырьков за счет повышения в них давления газа. Тогда усилие давления каждого пузырька на смесь в вертикальном

направлении составит Рг Следует учитывать и давление пара, которое

4

может возникнуть в пузырьках при повышении температуры смеси " Рп ". Тогда по аналогии с вышеизложенным усилие от давления пара будет равно Р„-.

Следовательно, усилие, противодействующее вспучиванию, равно

лс1 1 к<1 2 „ , ,,( сЛЛ ...

+ + тгс] а + л <] ¡1\^т0 + //—J , (1)

где Рг- давление газа в пузырьке, Па;

Рп - давление пара над формовочной смесью, Па; Ра - давление среды над формовочной смесью, Па; (1 - диаметр пузырька, м; Ь - расстояние пузырька от поверхности, м;

рс- средняя плотность формовочной массы до вспучивания, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; тв- предельное напряжение сдвига, Па;

7- коэффициент пластической вязкости, Па • с;

— - градиент изменения скорости деформации на единицу расстояния, с"1; ск

ег- поверхностное натяжение, Н/м. При анализе системы "воздушная (газовая) пора - формовочная смесь" получено условие изменения размера воздушной (газовой) поры, находящейся в вязкой среде типа "цементноводная композиция":

Рп +РГ= Ирс + П (2)

с/ с1\ " (¡х)

или

Рп+Рг-Р.-Ьр.В + ^ + ^о + Ч^ (3)

при наличии интенсивного вибровоздействия, когда го=0

Р„ + Рг-Р. = Ирс8 + + (4)

(I с! (к

При этом надо иметь ввиду, что вспучивание - это динамичный процесс, а поэтому все параметры уравнения (2) изменяются во времени в процессе вспучивания. Теоретически проанализировать качественную сторону процесса вспучивания можно при условии, если рассматривать систему в строго определенный момент времени и что на этот момент все параметры, входящие в уравнение (2) будут постоянными, кроме давления газа в пузырьке и его диаметра.

Главным фактором, обеспечивающим рост воздушной (газовой) поры, является увеличение в ней давления газа. При этом, как показывает расчет по уравнению (2), до 80% энергии газа затрачивается на преодоление атмосферного давления. Поэтому одним из путей облегчения вспучивания высоковязких композиций является снижение давления воздуха над смесью в момент ее вспучивания или же вспучивание ее в вакууме. Чем меньше будет давление над смесью (чем больше вакуум), тем большая часть энергии газа будет расходоваться непосредственно на преодоление сопротивления массы

вспучиванию, тем с меньшим водосодержанием и большей вязкостью при прочих равных условиях можно будет вспучивать смеси. При этом представляется возможным, изменяя режим создания вакуума, влиять на процесс вспучивания смеси, т.е. этот технологический прием осуществлять строго по заданному режиму (в требуемый момент времени и с требуемой скоростью). С целью облегчения вспучивания и уменьшения дефектности структуры материала масса вибрируется в процессе вспучивания. Дальнейший анализ условия вспучивания формовочной смеси (2) показывает, что при /'п~0 и /'г=0,1 МПа вспучиваемости массы можно достичь только за счет снижения Ра. Это условие положено в основу вибровакуумного способа создания пористой структуры материалов без введения в них традиционных порообразователей, сущность которого заключается в следующем:

В формовочную массу вводятся тонкоизмельченные пористые частицы, в порах которых находится защемленный воздух, имеющий давление, равное атмосферному. Для того чтобы при таком давлении произошло вспучивание, необходимо давление над смесью иметь ниже атмосферного и снижать его до тех пор, пока не будет преодолено ее сопротивление вспучиванию. Одновременно, с целью снижения вязкости, дефектности и повышения однородности структуры материала, смесь необходимо вибрировать. В процессе такого воздействия на систему из пор зерен извлекается воздух и равномерно распределяется по объему массы, поризуя ее. Кроме того, дополнительно воздух вовлекается в формовочную смесь при ее перемешивании, часть воздуха растворена в воде, адсорбирована на поверхности мелких частиц твердой фазы. Вся эта воздушная масса участвует в поризации формовочной смеси при ее вибровакуумировании. В дальнейшем вибрирование прекращается, смесь восстанавливает первоначальную структуру, что способствует фиксированию полученной структуры материала. В качестве пористых зерен могут использоваться тонкоизмельченные трепел, диатомит, вспученный перлит, зола-унос ТЭЦ или ГРЭС и другие пористые материалы. Их заменителями могут служить воздухововлекающие, пенообразующие и другие добавки, которые улучшают также структуру материала.

Предложен теоретически обоснованный вибровакуумный способ поризации формовочных смесей, который можно использовать как самостоятельно для формирования пористой структуры материалов без введения специальных порообразователей, так и в сочетании с традиционными методами для улучшения свойств конечной продукции (снижение средней плотности или повышения прочности ячеистого бетона, исключения из технологического процесса автоклавной обработки, снижения водопоглощения и влажности, повышения морозостойкости и т.д.).

Разработана методика расчета количества газообразователя, учитывающая реологические и гравитационные свойства формовочной смеси, высоту вспучиваемого массива и характер воздействия на него при вспучивании.

Из выражения (2) определяется Ркр, а затем рассчитывается масса алюминиевой пудры по формуле

Р., Пор

т = —-, (5)

ccRTN

где Пор- пористость смеси, м3;

а - коэффициент использования газообразователя;

R - газовая постоянная, равная для водорода 4124,4 Дж/кг-К;

Т - температура смеси, равная (273+t°) К;

N - количество водорода (кг), которое выделяет 1 кг алюминиевой пудры

при температуре Т.

Необходимо отметить, что выражение (5) может быть вполне применено и к реальным газам, но только при небольших давлениях, что характерно для нашего случая.

Пример расчета количества газообразователя.

Исходные данные: Пор=0,6 м3; рс=1600 кг/м3; г0-35 Па; t=30 °С; Т=303 К; g=10 м/с2; «=0,85; R=4124,4 Дж/кг-К; N=0,125 кг; 1г=0,3м; d=0,01 м; ст=0,07 Н/м; К=1390 л/кг.

Расчет количества алюминиевой пудры по СН277-80 (на 1 м3 смеси):

т = —— =-— = 0,508 кг

а К 0.85 -1390

Расчет количества алюминиевой пудры предлагаемым методом при Ркр=0,1МПа:

100000-0,6 П/1__

т =--—-= 0,453 кг

0,85-4124,4-303-0,125

То же при Ркр=0,31600 10 +4-70 + 4-300-35 +100000 = 147280 Па.

¡47280-0,6 пх,-

т =-= 0,665 кг

0,85-4124,4-303-0,125

То же при вибровспучивании смеси (г „=0):

Р^О.3.1600-10 +4-70 + ЮОООО = 105280 Па; т=0,475 кг.

То же при высоте массива 1 м и вибровспучивании смеси (г о=0):

P^l-1600-Ю +4'70 + 100000 = 116280 Па; т=0,525 кг.

Для экспериментальной проверки вибровакуумного способа поризации формовочных смесей использовались следующие сырьевые материалы: вяжущие - Белгородский портландцемент М500 и М400 (ПЦ400-Д20), удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178-85, наполнители - золы Кураховской и Змеевской ГРЭС, Губкинской и Воронежской ТЭЦ, соответствующие требованиям ГОСТ 25818-83, песок кварцевый тонкоизмельченный месторождения Георгиу-Деж, песок кварцевый немолотый Белгородского карьера, соответствующие требованиям ГОСТ8736-85, различные химические добавки, в частности СП-1, соответствующий требованиям ТУ 38-10765-75.

В работе использованы современные методы физико-химических исследований, методы математического планирования эксперимента и статистическая обработка их результатов на ЭВМ.

Методика изготовления вибровакуумированного ячеистого бетона

Формовочная смесь приготавливалась следующим образом: сначала перемешивались цемент, вода и добавка, а затем в массу вводится наполнитель, а при необходимости и порообразователь. Для изготовления образцов была использована специально разработанная лабораторная установка, включающая вибростол, вакуумкамеру, вакуумнасос и вакуумметр.

Форма, заполненная смесью примерно на 60 %, помещалась в вакуумкамеру, надежно закрепленную на вибростоле. Камера герметично закрывалась. После кратковременного вибрирования смеси в течение 10... 15 с до приобретения ею вязко-пластичного состояния при пулевом вакууме в вакуумкамере постепенно создавалось требуемое разряжение с помощью вакуумнасоса. Таким образом, формовочная смесь подвергалась одновременному воздействию вибрации и вакуума в течение времени, пока вакуум достигал заданного максимального значения. Затем вибрация прекращалась, а образцы выдерживались при максимальном вакууме 5...7 минут с целью фиксации полученной структуры материала.

Применение вибровакуумного способа поризации формовочной смеси в сочетании с методом газообразования позволяет вспучивать композиции с существенно меньшим водосодержанием (рис.2).

50 40 30

§■ 20 С 10 о

V-

N гз

у

----

—

О 0,25 0,27 0,3 0,35 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 В/Т

Рис. 2. Зависимость пористости газобетонной массы от В/Т при различных способах изготовления образцов: 1- литьевая технология;

2 - вибрационная технология;

3 - вибровакуумная технология

Установлена следующая закономерность: каждому режиму вибровакуумирования соответствует оптимальный состав формовочной массы, что дает возможность получить наибольшую пористость материала и наоборот, каждому составу формовочной смеси соответствует оптимальный режим

вибровакуумирования, обеспечивающий получение материала с максимальной пористостью и минимальной средней плотностью, что отражено и на рис.3.

о4 Л

ь

о Ö

Б. о С

60 50 40 30 20 10 0

—. 1

/ >3 >3

< J ^—\ 2

-

0,01 0,25 0,27 0,3 0,35 Водотвердое отношение

0,4

0,05

Рис.3. Зависимость пористости массы от В/Т при различной величине вакуума: 1 - вакуум 0,07 МПа, 2 - вакуум 0,05 МПа, 3 - вакуум 0,03 МПа.

Предлагаемый вибровакуумный способ позволяет при прочих равных условиях вспучивать сравнительно вязкие смеси с более низким В/Т по сравнению с другими методами и получать неавтоклавный материал с лучшими свойствами (табл. 1).

Таблица 1

Показатели прочности неавтоклавного ячеистого бетона,

Прочность при Прочность на сжатие

Способ Средняя сжатии после автоклавного ячеистого

получения бетона плотность, кг/м3 ВТ пропаривания, МПа, через бетона по ГОСТ 11118 для

сутки 28 суток соотв. ср. пл., МПа

Литьевой 600 700 0,5 1,36 1,65 1,6 2,2 3,5 5,0

Вибрацион- 600 0,42 1,42 1,9 3,5

ный 700 1,85 2,5 5,0

Вибровакуумный 600 700 0,28 2,9 3,2 3,4 4,8 3,5 5,0

Установлены также оптимальные значения соотношения между цементом и песком (С=1...1,1), удельной поверхности песка (4200 см2/г), добавок С-3 (0,2...0,6 % массы цемента), щелочи (1 % массы цемента), СаС12 (0,5...0,6 % массы цемента), температуры смеси (^„=40...42 °С) и режима тепловлажностной обработки (предварительная выдержка 2...4 часа, 2+10+3 при 1мах=950С) с целью получения ячеистого бетона с наилучшими характеристиками.

В работе также показано, что и при твердении в естественных условиях (1=18...22°С в течение 28 сут) можно получать ячеистый бетон с требуемыми характеристиками (рс=700 кг/м3 и 11=4МПа).

Применение предлагаемого способа в сочетании с традиционным позволяет также при прочих равных условиях значительно снизить (в 1,5...2 раза) среднюю плотность материала, а следовательно повысить его экономичность и эффективность.

Вибровакуумный способ может использоваться и самостоятельно для формирования пористой структуры материала без введения в него специальных порообразователей. В этом случае поризация смеси происходит при ее вибровакуумировании за счет извлечения воздуха из пор и микротрещин пористых зерен, увеличения объема пузырьков вовлеченного в смесь воздуха, выделения растворенного в воде воздуха, удаления адсорбированного на поверхности твердой фазы воздуха. Чем больше в целом воздуха содержится в смеси, тем выше при прочих равных условиях ее пористость.

С целью установления оптимального состава и режима формования изделий из вибровакуумированного ячеистого бетона на основе зол Кураховской и Змеевской ГРЭС, Губкинской и Воронежской ТЭЦ были запланированы и выполнены эксперименты по плану В4. Варьировались следующие факторы: В/Т (ХО, соотношение между наполнителем и вяжущим С (Х2), добавка СП-1 (Х3), величина вакуума (Х4). В результате обработки получены следующие математические модели прочности и средней плотности материала:

наполнитель кураховская зола

Яо=8,409-0,208Хг1,22Х2-2,22ХЗ-1, 86Х4+0,141Х,2-0,736Х22+0,283Х,2-0,868Х42+

+0,378Х1Х2+0,314Х1Хз+0,231Х|Х4+0,936X2X3-0,151X2X4-0,493X3X4 (6) рс=940+25Х|-53Х2-182Хз-145Х4+29,8Х]2-56,7Х22+59,8Х32-33,7Х42+30,56Х|Х2--1,19Х, X,-15,6X1X4+33X2X3-26X2X4-34X3X4

наполнитель губкинская зола

1*6=5,24-0,177X1-0,677Х2-0,697Х3-0,166Х4+0,646Х,2-0,31 ЗХ22-0,648Хз2-0,148Х42-

-0,029Х,Х2-0,11X1X3-0,036X1X4+0,304X2X3+0,38X2X4+0,0075X3X4 ' (7) рс=816-26Х1-19Х2-78Хз-50Х4+67,8Х,2-12,1Х22-65Хз2+12,ЗХ42-66Х|Х2-24,8Х|Хз--1ОХ1Х4+42Х2Х3+18,9X2X4+20X3X4

наполнитель воронежская зола

116=7,66-0,216X1-1,21 Х2-2,29Хз-1,76Х4+0,32Х12-0,528Х22+0,372Хз2-1,16Х,2+

+0,35Х,Х2+0,29X1X3+0,245X1X4+0,968X2X3-0,178X2X4-0,53X3X4 (8)

рс=1006+22,8Х,-51,9Х2-181Хз-143Х4+24,1Х12-55,4Х22+58,6Хз2-26Х42+29Х,Х2--2,18Х, Хз-17ХА+35, 8Х2Хз-23,9Х2Х4-32ХзХ4

наполнитель змеевская зола

1^=3,86-0,252X1-0,941X2-1,084Хз+0,966Х12-0,318Х22-0,203Х32-0,47Х,Х2-

-1,16Х ] Хз+0,19Х2Х3 (9)

рс=858-31Хг50,2Х2-139,4Хз-1,53Х12-53,9Х22-58Хз2-34,6Х,Х2-36,9Х,Хз+14,6X2X3

Анализ полученных уравнений регрессии позволяет выявить оптимальные значения В/Т, С, добавки и величины вакуума, обеспечивающие ячеистому бетону наилучшие характеристики (табл.2).

Таблица 2

Вид наполнителя Соотношение между наполнителем и цементом В/Т Добавка СП-1, %Ц Вакуум, МПа Выходные параметры

рс кг/м3 R28,Mna

кураховс- 3 0,37 0,8 0,09 600 4,3

кая зола

губкинс- 2,75 0,38 0,8 0,085 650 3,7

кая зола

-/- 2,5 0,36 0,8 0,085 700 4,9

воронеж- 2,5 0,27 0,4 0,09 800 4,8

ская зола

змеевс- 2 0,25 0,2 0,095 700 5,2

кая зола

Аналогично работа проведена и с использованием в качестве наполнителя кварцевого немолотого мелкого песка. В результате получен неавтоклавный вибровакуумированный ячеистый бетон с рс=915 кг/м3 и 1^28=5,8 МПа.

Изучалась пористая структура, теплопроводность и морозостойкость вибровакуумированного ячеистого бетона.

В результате микроскопического исследования структуры были получены результаты, приведенные в табл.3.

Таблица 3

Результаты статистической обработки микроскопического исследования структуры ячеистого бетона (рс=700 кг/м3)_

Способ Характеристика пористости

приготовления Общая Средний Размах Среднеквад-

ячеистого пористость, диаметр пор, варьирования, ратическое

бетона % мм мм отклонение

традиционный 63 1,08 2,6 0,450

предлагаемый 72 0,18 0,8 0,158

Результаты (табл.3) свидетельствуют, что ячеистый бетон, изготовленный по предлагаемой технологии, имеет лучшую структуру по сравнению с традиционной. Вибровакуумная технология поризации позволяет использовать более вязкие композиции, с понижением В/Т, что способствует уменьшению разброса в распределении воздушных пор по размерам, а также улучшению их внутренней поверхности. Определена эллиптичность пор: у газобетона,

изготовленного вибрационным способом, она равна 1,39, у аналогичного бетона, полученного по вибровакуумной технологии - 1,18, что свидетельствует о более правильной и однородной его структуре. При применении предлагаемого способа поризации создаются наиболее благоприятные условия для высокой однородности материала, так как исключается влияние таких параметров, как температура и щелочность.

Теплопроводность неавтоклавного вибровакуумированного ячеистого бетона с рс=700 кг/м3, равна 0,12 Вт/м°С, а с рс=1000 кг/м3 А.=0,25 Вт/м°С, что несколько ниже, чем установлено ГОСТ 25485-89. Это положительно скажется на микроклимате зданий.

Морозостойкость вибровакуумированного ячеистого бетона - Р35-50, что соответствует требованиям ГОСТ 25485-89.

Отработана вибровакуумная пропитка ячеистых бетонов, сущность которой заключается в том, что предварительно погруженный в пропиточный раствор материал подвергается сначала воздействию вакуума в течение определенного времени, а затем одновременному воздействию вакуума и вибрации. В процессе вакуумирования из материала удаляется часть воздуха и он заполняется пропиточным составом. В процессе вибровакуумирования из пор бетона удаляется дополнительное количество воздуха, место которого занимает пропиточный раствор. Результаты пропитки ячеистого бетона различными способами представлены в табл.4.

Таблица 4

Результаты пропитки ячеистого бетона различными способами

Параметры пропитки

Способ Вакуум Длительность Глубина Пропиточ-

пропитки величи- длитель- виброваку- пропитки, ный

на, X,, ность, умирования, У, мм материал

МПа Хз, мин Х4, мин

Контрольная Машинное

пропитка 0 10 3...7. масло

Предлагае- 0,02 8 2 10...13 -II-

мый вибро- 0,05 8 2 15...17 -II-

вакуумный 0,095 8 2 20...23 -II-

0,095 8 2 23...33 Раствор битума

в ксилоле

Двухстадий- — 10 — 12 Раствор

ный битума в

уайт-спирте

Комбиниро- 0,06 10 — 7 -II-

ванный 0,1 10 — 9 . -II-

Согласно табл.4, наиболее эффективным, обеспечивающим более глубокую пропитку ячеистого бетона, является вибровакуумный способ, позволяющий при прочих равных условиях в короткий срок пропитать материал на глубину до 33 мм, что обеспечит ему высокие эксплуатационные качества.

Определено адекватное уравнение регрессии, связывающее глубину пропитки (У) с величиной вакуума (X]), отношением битума к ксилолу по массе (Хг), длительностью вакуумирования (Х3) и длительностью вибровакууми-рования (Х4):

У=16,77-1,47X2+1,45X3+0,71Х12+0,71Х22-3,5Х.12-1,79Х42,

позволяющее управлять процессом вибровакуумной пропитки с целью повышения долговечности ячеистого бетона.

Проведены промышленные испытания вибровакуумной технологии ячеистых бетонов на заводах ЖБИ-1 АО "Стройдеталь" и ОАО "БЗ ЖБК-1". Опытно-промышленные испытания показали возможность изготовления стеновых блоков из вибровакуумированного ячеистого бетона на существующих заводах ЖБИ с улучшенными выходными параметрами:

наполнители: кварцевый песок зола-унос Губкинской ТЭЦ

Средняя плотность рс, кг/м3 1000 650...700

Прочность 11сж> МПа 6,48 3,4...4,9

Теплопроводность X, Вт/м°С 0,25 0,12...0,124

Морозостойкость Р35 Р35

Рассчитана экономическая эффективность производства вибровакуумированного ячеистого бетона.

Годовой экономический эффект составил 2745200 тыс.руб. (при расчете использованы цены по состоянию на 1.01.1997г.).

В приложениях диссертации представлены рабочие программы для ЭВМ по статистической обработке результатов математического планирования экспериментов и определению пористости ячеистого бетона (обработка результатов микроскопического исследования), а также справки и акты лабораторных и промышленных испытаний на заводах ЖБИ-1 АО "Стройдеталь" и ОАО "БЗ ЖБК-Г' города Белгорода.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

- Получено условие вспучивания формовочной смеси

гЛЛ

с использованием которого теоретически обоснован вибровакуумный способ формирования ее структуры.

- Разработана методика расчета количества газообразователя для получения формовочной массы с заданной пористостью, учитывающая давление газа в порах вспучивающейся смеси, ее реологические свойства, среднюю плотность, высоту массива, внешнее воздействие.

Р„ + Рг ~ Р.=ИР< £ + + {т° +

Разработан вибровакуумный способ поризации высоковязких композиций, позволяющий получать неавтоклавный вибровакуумированиый ячеистый бетон с требуемыми характеристиками.

- Отработаны оптимальные составы и режимы формования изделий из вибровакуумированного ячеистого бетона со средней плотностью 650...700кг/м3 и прочностью 3,4...4,9 МПа, 1=0,12 Вт/м°С, Б35 на заводах ЖБИ.

- Получены математические модели, связывающие среднюю плотность и прочность вибровакуумированного ячеистого бетона с основными технологическими параметрами (водотвердое отношение, соотношение между наполнителем и вяжущим, количество добавки и величина вакуума), позволяющие управлять процессом производства ячеистых бетонов и оптимизировать технологический процесс (см. с. 13).

- Изучена пористая структура вибровакуумированного ячеистого бетона. В результате микроскопического исследования структуры определены общая пористость - 72%, средний диаметр пор - 0,18 мм, размах варьирования - 0,8 мм, среднеквадратическое отклонение - 0,158, эллиптичность пор - 1,18. Приведенные данные свидетельствуют о лучшей структуре ячеистого бетона по сравнению с традиционным.

- Предложена эффективная вибровакуумная пропитка ячеистых бетонов, позволяющая пропитывать материал на глубину до 33 мм, что обеспечит высокие эксплуатационные качества. Определено адекватное уравнение регрессии, связывающее глубину пропитки (У) с величиной вакуума (Х|), отношения битума к ксилолу по массе (Х2), длительностью вакуумирования (Х}) и длительностью вибровакуумирования (Х4):

У=16,77-1,47X2+1,45Хз+0,71 Х|2+0,71 Х22-3,5Х,2-1,79ХД

позволяющее управлять процессом вибровакуумной пропитки с целью повышения долговечности материала.

- Произведено промышленное испытание производства вибровакуумированного ячеистого бетона на заводах АО "Стройдеталь" и ОАО "БЗ ЖБК-1" г. Белгорода, разработана технологическая схема организации производства вибровакуумированного ячеистого бетона на действующих предприятиях стройиндустрии.

- Рассчитана экономическая эффективность производства вибровакуумированного ячеистого бетона. Годовой экономический эффект составил 2745200тыс.руб.

Основные положения диссертации изложены в 28 научных публикациях, в том числе 14 статьях, 14 тезисах докладов, основные из которых следующие:

1. Гладков Д.И., Ерохина Л.А. Условие вспучивания формовочных смесей //Сб. тр. / Моск.инж.-строит. ин-т, Белгородский технологический ин-т. строит.материалов. - М,- 1987. - Безотходная технология композиционных материалов в производстве строительных изделий и конструкций: С.102-106.

2. Способ пропитки ячеистого бетона/ Д.И.Гладков, П.С.Валяева, В.П.Усенко, Л.А.Ерохина //Сб. тр. /Моск. инж.-строит. ин-т, Белгородский технологический ин-т строит, материалов. - М., 1987,- Безотходная технология композиционных материалов в производстве строительных изделий и конструкций: С. 107-110.

3. Ерохина Л.А. Исследование закономерностей вспучивания формовочных смесей //Молодые ученые-отрасли строительных материалов и строительству: Тез.докл. IV научно-техн.конф,- Белгород, 1989. - С.69.

4. Новая технология неавтоклавных ячеистых бетонов / Д.И.Гладков, Л.Х.Загороднюк, Л.А.Ерохина, Н.К.Зайцев // Строительные материалы и конструкции. - 1989. - № 4. - С.34.

5. Неавтоклавный ячеистый бетон для сельского строительства /Гладков Д.И., Ерохина Л.А., Загороднюк Л.Х., Зайцев Н.К.//ВНИИЭСМ, сер. 11, вып. 3. -М. -1989. - С.7-8.

6. Новая технология ячеистого бетона / Д.И.Гладков, Л.А.Ерохина, Л.Х.Загороднюк, И.В.Старостина //Научно-технический прогресс в технологии строительных материалов: Тез.докл. Республик, научно-техн. конф. - Алма-Ата, 1990.-С.86.

7. Эффективный стеновой материал на основе отходов ГРЭС или ТЭЦ/ Д.И.Гладков, Л.А.Ерохина, Л.Х.Загороднюк, И.В.Старостина // Строительные материалы и конструкции. - 1991. - № 1. - С.27.

8. Гладков Д.И., Ерохина Л.А., Загороднюк Л.Х. Вибровакуумная технология ячеистых бетонов// Бетон и железобетон. -1991. - № 9. - С.13.

9. Гладков Д.И., Ерохина Л.А., Черных A.C. Новая технология легких бетонов// Строительные материалы. - 1994. - № 4. - С. 16.

Заказ №247 Тираж 100 экз. Отдел оперативной полиграфии БелГТАСМ